I. Введение

Полиакриламид (сокращенно ПА) является линейным высокомолекулярным полимером с отличными флокуляционными, загущающими и уменьшающими трение свойствами и играет незаменимую роль в горнодобывающей промышленности. В качестве важного химического агента в современной технологии обработки минералов, полиакриламид, благодаря своей уникальной молекулярной структуре и характеристикам производительности, значительно повышает эффективность разделения минералов и эффективность очистки сточных вод, одновременно снижая потребление энергии и затраты в процессе обработки минералов. С учетом все более тонких и сложных минеральных ресурсов и постоянного повышения требований к охране окружающей среды, исследования и технологии применения полиакриламида для обработки минералов также постоянно инновационны, предоставляя мощную поддержку для устойчивого развития горнодобывающей промышленности.

Ii. Основные характеристики полиакриламида

1. Химическая структура и классификация

Полиакриламид — это высокомолекулярное соединение, образованное в результате реакции полимеризации свободных радикалов мономеров акриламида. Его молекулярная цепь содержит большое количество амидных групп (-CONH₂), и эти активные группы могут вводить функциональные группы различных свойств через гидролиз или химическую модификацию. В зависимости от ионных характеристик, полиакриламид, используемый в минералообработке, в основном классифицируется на три категории:

Анионный полиакриламид (APAM): Карбоксильные группы (-COO⁻) вводятся через гидролиз или сополимеризацию, несут отрицательный заряд и подходят для обработки минеральных частиц с положительно заряженной поверхностью.

Катионный полиакриламид (CPAM): Модифицируя и вводя катионные группы, такие как четвертичные аммониевые соли, он несет положительный заряд и в основном используется для обработки целлюлозы с высоким содержанием органических веществ.

Неионный полиакриламид (NPAM): Он не содержит ионных групп в своей молекулярной цепи и функционирует за счет водородных связей и сил Ван дер Ваальса, обладая широким диапазоном адаптивности по pH.

2. Физические и химические свойства

Полиакриламид для обработки минералов обычно представлен в виде белых гранул или порошка, с плотностью примерно 1,3 г/см³, и обладает отличной растворимостью в воде и химической стабильностью. Его молекулярная масса варьируется в широких пределах (от нескольких миллионов до десятков миллионов дальтонов), и его можно настраивать в соответствии с требованиями различных процессов обработки минералов. Раствор полиакриламида обладает замечательной вязкоупругостью, и его вязкость резко увеличивается с увеличением концентрации и молекулярной массы. В приложениях по обработке минералов растворимость и стабильность раствора полиакриламида являются ключевыми показателями производительности. Обычно необходимо контролировать время растворения и температуру (общая температура растворения не должна превышать 60℃), чтобы достичь наилучшего эффекта применения.

Iii. Основные применения полиакриламида в обработке минералов

1. Флокация и осаждение минеральных частиц

В технологии обработки минералов полиакриламид широко используется в качестве эффективного флокулянта в процессах концентрации, осаждения и фильтрации. Его механизм действия в основном включает:

Склеивание флокуляции: Долговременные полимеры одновременно адсорбируют несколько минеральных частиц через несколько активных сайтов, образуя структуру "частица-полимер-частица".

Нейтрализация заряда: Заряженные молекулы полиакриламида могут нейтрализовать поверхностные заряды минеральных частиц, уменьшить отталкивающую силу между частицами и способствовать агрегации.

Эффект захвата сетки: Полимерные цепи образуют трехмерную сетевую структуру, механически захватывая мелкие частицы.

В процессе разделения металлических руд, таких как железная руда, медная руда и бокситы, анионный полиакриламид может значительно увеличить скорость осаждения концентрата, тем самым увеличивая производительность сгущателя на 30-50%. Например, после того как крупное железорудное месторождение применило индивидуально подобранный высокомолекулярный APAM, концентрация подводного потока во время концентрации увеличилась с 55% до 68%, в то время как мутность перелива снизилась ниже 50 NTU.

2. Обработка хвостов и осушение

Современные заводы по переработке минералов сталкиваются с серьезным давлением в обработке хвостов. Полиакриламид играет ключевую роль в концентрации хвостов и технологии сухого складирования:

Концентрация хвостов: Оптимизируя тип и дозировку полиакриламида, содержание твердых частиц в хвостовом шламе можно увеличить с 20-30% до 45-55%, что значительно снижает водоёмкость хвостохранилища.

Фильтрация под давлением: При использовании в сочетании с катионным полиакриламидом, она может снизить содержание влаги в фильтратных cake-ах хвостов на 2-5 процентных пунктов, создавая условия для сухого складирования хвостов.

Подготовка пасты: Подготовка высококонцентрированной пасты хвостов зависит от полиакриламида с определенной структурой для достижения баланса между сдвиговым разжижением и статическим загустением.

3. Регулировка вязкости пульпы

В процессе сложного разделения минералов полиакриламид может использоваться в качестве регулятора вязкости для улучшения реологических свойств пульпы:

Снижение турбулентного сопротивления: Небольшое количество полиакриламида (50-100 PPM) может снизить сопротивление транспортировки по трубопроводам на 30-70%, подавляя образование турбулентных вихрей.

Подавление помех от мелкого шлама: Селективные флокулянты могут предпочтительно флокулировать пустую мелкую шлам, уменьшая его "покрывающее" воздействие на полезные минералы и улучшая эффективность разделения.

Контроль стабильности пены: В процессе флотации ПАМы с определенной молекулярной массой могут регулировать стабильность пенной прослойки, оптимизируя сорт и коэффициент извлечения концентрата.

Iv. Выбор и оптимизация процессов полиакриламида

1. Принципы выбора

Для различных минеральных систем и процессов необходимо учитывать множество факторов при выборе полиакриламида:

Ключевые моменты для выбора факторов, которые следует учитывать

Для электрических свойств минеральной поверхности выбирается анионный тип для положительно заряженных поверхностей, катионный тип для отрицательно заряженных поверхностей и неионный тип вблизи изоэлектрической точки.

Катионный тип целлюлозы имеет лучшее значение pH в кислых условиях, в то время как анионный тип более стабилен в щелочных условиях.

Распределение размера частиц: Мелкий размер частиц обычно требует более высокой молекулярной массы, в то время как крупный размер частиц может выбирать среднюю молекулярную массу.

Для воды с высоким содержанием растворенных солей и высокой соленостью следует выбирать сольустойчивые или гидрофобные модифицированные продукты

Для высокотемпературных условий следует выбирать сшитые или термостойкие модифицированные продукты с хорошей термической стабильностью.

2. Используйте оптимизацию параметров

В практических приложениях оптимальные параметры процесса необходимо определить с помощью лабораторных испытаний и промышленной отладки.

Концентрация приготовления: Обычно 0,1-0,5%. Если она слишком высокая, это приведет к неполному растворению; если слишком низкая, это увеличит объем добавляемого реагента.

Выбор точки дозирования: Она должна добавляться в турбулентной зоне для обеспечения тщательного смешивания, но следует избегать чрезмерного сдвига, который может повредить молекулярную структуру.

Контроль дозировки: Обычно он должен составлять от 5 до 200 г/т сухой руды. Чрезмерная дозировка может привести к "коллоидной защите" и, наоборот, ингибировать флокуляцию.

Смешивание интенсивности: Сильное смешивание требуется на начальном этапе (градиент скорости G>300s⁻¹), и интенсивность перемешивания должна быть снижена на позднем этапе (G<50s⁻¹).

3. Технология компаундинга

Чтобы улучшить эффект обработки и снизить затраты, часто применяется стратегия комбинированного использования:

При использовании в сочетании с неорганическими флокулянтами: Сначала добавьте алюминиевые соли/железные соли для нейтрализации заряда, а затем добавьте ПАА для мостикового флокулирования, что может снизить дозировку органических флокулянтов на 30-40%.

Катионное и анионное компаундирование: Компounding катионного и анионного PAM в определенной пропорции может образовать сетевую структуру, которая особенно подходит для липких систем с мелкими частицами.

В сочетании с поверхностно-активными веществами: В процессе обработки флотационных хвостов, добавление неионных поверхностно-активных веществ может улучшить диффузионную адсорбционную эффективность ПАМА.

V. Технологический прогресс и тенденции развития

1. Разработка нового полиакриламида

Тип, устойчивый к высоким температурам и солям: За счет введения групп, устойчивых к высоким температурам, таких как сульфоновая кислота и гидроксипропиловые группы, разрабатываются продукты, подходящие для высокотемпературной и высокосолевой целлюлозы.

Тип экологического ответа: pH-чувствительный, температурочувствительный, REDOX-чувствительный и другие интеллектуальные PAM, достигающие контролируемой флокуляции и флокуляции.

Комплексный функциональный тип: Интегрированный агент с множеством функций, таких как флокуляция, ингибирование и пенообразование, упрощающий процесс переработки минералов.

Биораслагаемый тип: Разработать экологически чистые флокулянты, модифицированные на основе природных полимеров, чтобы снизить нагрузку на окружающую среду.

2. Применить технологические инновации

Микро-интерфейсная флокуляционная технология: Использование микропузырьков и микрокапель масла в качестве "мостов" для усиления селективного флокуляционного эффекта ПАМА.

Технология магнитной флокуляции: Сочетание магнитных наночастиц и ПАМА для достижения быстрой седиментации и магнитного восстановления.

Ультразвуковая вспомогательная технология: Регулируя конформацию и дисперсионное состояние молекул PAM с помощью ультразвука, повышается эффективность использования.

Оптимизация цифрового двойника: На основе больших данных и алгоритмов ИИ создается система цифрового двойника для дозирования PAM с целью достижения оптимизации управления в реальном времени.

3. Зеленое и устойчивое развитие

С учетом все более строгих экологических норм, озеленение полиакриламида, используемого в переработке минералов, стало важным направлением развития:

Очистка сырья: Используйте биологически основанные мономеры акриламида, чтобы уменьшить зависимость от сырья на основе нефти.

Низкоуглеродный процесс: Разработка зеленых производственных процессов, таких как синтез при низкой температуре и сушка с низким энергопотреблением.

Продукт безвредности: Строго контролировать содержание остаточных мономеров (≤0,05%) и разрабатывать катализатор с низкой токсичностью и без тяжелых металлов.

Модель круговой экономики: Исследование технологий переработки и регенерации PAM и изучение схем использования замкнутого цикла переработки.

Vi. Заключение

Полиакриламид, как ключевой химический агент в современной горнодобывающей промышленности, уровень его технологического применения напрямую влияет на эффективность переработки минералов, коэффициент использования ресурсов и экологические показатели. С увеличением сложности объектов переработки минералов и растущим спросом на "нулевой сброс" сточных вод горной переработки, продукты полиакриламида быстро развиваются в сторону специализации, высокой эффективности и экологичности. Будущие исследования и разработки полиакриламида для переработки минералов должны сосредоточиться на трех направлениях: Во-первых, разработка специализированных флокуляционных систем для новых минералов, таких как литий, редкоземельные элементы и стратегические металлы; Во-вторых, углубление базовых исследований по применению интеллектуальных реагирующих полимеров в переработке минералов; В-третьих, создание экологически чистой системы оценки, охватывающей весь жизненный цикл. Через совместные инновации между промышленностью, академией и научными исследованиями, ценность применения полиакриламида в области переработки минералов постоянно увеличивается, предоставляя техническую поддержку для эффективного и устойчивого развития минеральных ресурсов.